logo search
ХТНВ,Часть2

4. Технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и двухступенчатой дистилляцией плава.

На рисунке (Рис.33) представлена технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и двухступенчатой дистилляцией плава.

Описание схемы.

Основная стадия – синтез карбамида, в которую входят образование карбамата и его разложение до карбамида, происходит в колонне синтеза 3.

Реагирующие вещества (СО2 и NH3, а также рецикл в виде углеаммонийных солей) поступают в колонну синтеза 3 через смеситель 1.

Диоксид углерода, очищенный от примесей и сжатый до 20 МПа, а также жидкий аммиак под давлением 15 МПа поступают в смеситель 1 при температуре 80 – 100ºС. Сюда же подаётся раствор аммонийных солей из промывной колонны 2. В смесителе обеспечивается мольное соотношение NH3 : CO2 : Н2О = 4,5 : 1 : 0,5. В смесителе частично происходит образование карбамата по реакции (1а). Так как реакция экзотермическая, то смесь разогревается до температуры 175ºС. Далее смесь направляется в нижнюю часть колонны синтеза 3, где при оптимальных условиях синтеза:

t = (180 – 220)ºC

P = 20 МПа

NH3 : CO2 : H2O =4,5 : 1 : 0,5

заканчивается образование карбамата по реакции (2.1а) и превращение карбамата в карбамид по реакции (2.1б). Степень превращения карбамата в карбамид составляет 65 – 75 %.

Рис. 33. Технологическая схема производства карбамида.

1 – смеситель аммиака, диоксида углерода и раствора аммонийных солей; 2 – промывная колонна; 3 – колонна синтеза; 4, 11 – редукторы; 5 – ректификационная колонна I ступени; 6 – сепаратор; 7, 13 – подогре­ватели; 8 – выпарные аппараты I и II ступеней; 9, 10, 15 – холодильники-конденсаторы; 12 – ректификационная колонна I ступени; 14 – сепаратор II ступени; 16 – сборник раствора карбамида; 17 – сборник плава; 18 – грануляционная башня; 19 – транспортер.

Так как реакция 1а экзотермическая, а от смещения её равновесия вправо зависит образование карбамида по реакции (2.1б), то для обеспечения оптимального температурного режима в колонну синтеза 3 дополнительно вводят жидкий аммиак, то есть систему охлаждают.

Из верхней части колонны плав подаётся на дистилляцию.

После колонны синтеза плав дросселируется в редукторе 4.

В данной схеме дистилляция двухступенчатая. Каждая ступень дистилляции состоит из трех аппаратов:

– ректификационной колонны (5 и12);

– подогревателя(7 и 13);

– сепаратора (6 и 14).

Первая ступень дистилляции.

Из колонны синтеза плав сначала поступает в ректификационную колонну первой ступени 5, где давление снижается до 2 МПа. В ректификационной колонне происходит следующее:

– разложение карбамата аммония на аммиак и диоксид углерода;

– образование углеаммонийных солей по реакциям:

2 NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3

CO2 + H2O +(NH4)2CO3 = 2(NH4)НCO3

– выделение карбамида из реакционной смеси в виде плава.

Газ из ректификационной колонны 5 через промывную колонну 2 и далее через смеситель 1 возвращаются в колонну синтеза. А плав из ректификационной колонны 5 проходит подогреватель 7 и при температуре 160ºС поступает в сепаратор 6, в котором разделяется жидкая и газообразная фазы. Газ из сепаратора первой ступени 6 возвращается в ректификационную колонну 5, оттуда идёт в нижнюю часть промывной колонны 2. А плав поступает на вторую стадию дистилляции.

Что происходит в промывной колонне 2? Верхняя часть промывной колонны 2 орошается жидким аммиаком и аммиачной водой, поступающей из выпарного аппарата 8 через холодильник-конденсатор 9. В промывной колонне вымывается СО2 и образуется раствор углеаммонийных солей. Водный раствор углеаммонийных солей перекачивается в смеситель 1, а оттуда в колонну синтеза 3. Газообразный аммиак отводят из верхней части промывной колонны 2, сжижают в холодильнике-конденсаторе 10 и возвращают в колонну синтеза 3.

Вторая ступень дистилляции.

Раствор (или плав) карбамида из сепаратора первой ступени 6 дросселируется до давления 0,3 МПа в редукторе 11 и подаётся в ректификационную колонну второй ступени 12. оттуда поступает в подогреватель13 и сепаратор 14.

В ректификационной колонне второй ступени 12 происходит дальнейшее разложение карбамата до аммиака и диоксида углерода и образование водного раствора карбоната и гидрокарбоната аммония.

Из нижней части сепаратора 14 выходит карбамид 70%-й концентрации. Из верхней части выходит паро-газовая смесь, содержащая аммиак, диоксид углерода и водяные пары, и поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 12.

Газовая смесь из ректификационной колонны 12 охлаждается в холодильнике-конденсаторе 15 и в виде раствора углеаммонийных солей подаётся в нижнюю часть промывной колонны 2.

Раствор карбамида из сепаратора второй ступени 14 поступает в сборник 16, а затем подаётся на упаривание в выпарной аппарат 8.

Выпарка происходит при температуре 140ºС и давлении 0,003 МПа.

В результате получается плав карбамида концентрации 99,8%.

Полученный плав через сборник 17 поступает в грануляционную бащню 18 и распыляется в ней.

Образовавшиеся гранулы при температуре 70ºС транспортёром 19 подают на операции классификация, охлаждение и упаковка.

Выход карбамида в расчёте на СО2 составляет 95%.

Производительность промышленных установок составляет от 330 тыс.тонн в год до 515 тыс. тонн в год. Наиболее типична отечественная установка мощностью в 450 тыс. тонн в год (проект ГИАП).